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基于有机小分子材料的光探测器制作及性能研究

吴双红  
【摘要】:有机小分子材料在高灵敏度、高响应速度和廉价的光电探测器领域具有很大的应用潜力。本论文在研究有机探测器的物理理论基础上,制作了一系列基于有机小分子材料、响应波长范围不同的探测器,并对器件的性能进行了进一步地优化。 首次利用m-MTDATA作给体材料,Bphen作受体材料,TPD做半透明阴极Al外的光调节层和保护层,制作了响应波长峰值在280nm的高效深紫外有机探测器。在强度为0.428 mW/cm~2的280nm光照射下,-8V时器件光响应度为257.5mA/W。利用Cs_2CO_3掺杂Bphen作为电子传输层,光响应度提高到了309 mA/W,比探测率为1×10~(12) cmHz1/2/W。在强度为0.18 mW/cm~2的280nm UV光连续照射下器件的工作寿命为400分钟。 制作了以BAlq为电子受体材料的高效紫外探测器。同Gaq做受体相比,BAlq在紫外部分吸收更强,且电子迁移率高。在强度为1.2 mW/cm~2的365nm紫外光照射下,其探测器响应度-7V时为514 mA/W,比本组已报道的基于Gaq的器件提高了52%。并从LUMO和HOMO能级、激基复合物发射强度等方面对器件性能提高的原因进行了分析。在室温周围环境365nm紫外光照射下,未封装的器件光电流响应经过1000分钟衰减到原来的67%,其寿命远远大于17个小时。 以二价的金属-八羟基喹啉配合物(Beq、Mgq、Znq)为受体、m-MTDATA为给体,研究了体异质结的能量传递型高效紫外探测器。在强度为1.2 mW/cm~2的365nm紫外光照射下,-8V时器件的响应度范围为140-192 mA/W。通过给、受体混合薄膜的光致发光光谱分析,发现器件中光子在受体中辐射损耗是光生载流子损失的最主要途径。 有机小分子材料可以使器件结构的设计灵活多样。以TiOPc为给体材料, PTCDI-C8与F_(16)CuPc共掺杂体为受体材料,制作了响应波长为200-900nm的宽波段、外量子效率均高于20%的高效有机小分子探测器。器件的比探测率为1×10~(12) cmHz1/2/W,响应时间为56 ns。高效的器件性能获得,一方面是由于采用两个D/A异质结体系m-MTDATA(D)/TiOPc(A)和TiOPc(D)/F_(16)CuPc: PTCDI-C8(A)的叠加;另一方面是选择了能级匹配和电荷迁移率高的给受体材料。由于该探测器的高响应速度和对深紫外的灵敏性,其在军事应用上有很大的潜力,如导弹追踪、光学通信和化学/生物传感等等。


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